Kühlkörper
Der Kühlkörper ist ein passiver Wärmetauscher, der Wärme überträgt. Der Kühlkörper ist typischerweise ein Metallteil, das an einem Gerät befestigt werden kann, das Energie in Form von Wärme abgibt, mit dem Ziel, diese Wärme an eine umgebende Flüssigkeit abzuleiten, um eine Überhitzung des Geräts zu verhindern.
In vielen Anwendungen ist das Gerät eine elektronische Komponente (z. B. CPU, GPU, ASIC, FET usw.) und die umgebende Flüssigkeit ist Luft. Das Gerät überträgt Wärme durch Leitung an den Kühlkörper. Der primäre Mechanismus der Wärmeübertragung vom Kühlkörper ist Konvektion
Zwei verschiedene Arten von Konvektion
Natürliche Konvektion – eine Methode der Wärmeübertragung. Es gibt keinen Einfluss von äußeren Faktoren. Diese Bewegung der Moleküle in der Flüssigkeit ist auf die unterschiedlichen Dichten verschiedener Regionen derselben Flüssigkeit zurückzuführen. Die Dichte einer Flüssigkeit nimmt bei Erwärmung ab und umgekehrt.
Erzwungene Konvektion – eine Methode der Wärmeübertragung, bei der äußere Mittel die Bewegung der Flüssigkeit beeinflussen. Dort sind externe Quellen wie Pumpen, Ventilatoren, Saugvorrichtungen usw. hilfreich, um die Flüssigkeitsbewegung zu erzeugen.
Kühlkörper sind so konzipiert, dass sie die Kontaktfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit deutlich vergrößern und dadurch die Möglichkeit der Wärmeübertragung erhöhen.
Kühlkörperkonstruktion
Es gibt viele Designs für Kühlkörper, sie bestehen jedoch typischerweise aus einer Basis und einer Reihe von Vorsprüngen, die an dieser Basis befestigt sind. Der Sockel ist das Element, das mit dem zu kühlenden Gerät verbunden ist. Die Wärme wird durch die Basis in die Vorsprünge geleitet.
Kühlkörpermaterial
Kühlkörper bestehen normalerweise aus Kupfer oder Aluminium. Kupfer hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch auch die Wärmeübertragungsrate durch Kupferkühlkörper sehr hoch ist. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium geringer ist als die von Kupfer, ist sie immer noch hoch und hat die zusätzlichen Vorteile geringerer Kosten und geringerer Dichte, was es für Anwendungen nützlich macht, bei denen das Gewicht eine große Rolle spielt.
(Kupfer-Kühlkörper)
(Aluminium-Kühlkörper)
Methoden zur Herstellung von Kühlkörpern
Je nach erforderlicher Leistung, Kosten und Volumen können Kühlkörper auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Dazu gehören:
Bearbeitung – wobei eine CNC-Maschine zum Schneiden des Metalls verwendet wird
Extrusion – dabei wird Metall erhitzt und durch eine Form gepresst
Schmieden – dabei wird Metall durch Druck erhitzt und geformt
Stanzen – dabei wird die Metallflosse geschnitten und dann auf die Basis gelötet
Schälen – wobei eine Klinge zum Schneiden und Hochschieben des einzelnen Metallblocks verwendet wird
Für komplexere thermische Probleme können Heatpipes und Dampfkammern innerhalb der Kühlkörperbaugruppe eingesetzt werden. Bei diesen Geräten handelt es sich um versiegelte Objekte, die eine Flüssigkeit (normalerweise Wasser) enthalten und die Wärmeabgabe bei Phasenwechseln der Flüssigkeit nutzen, um ihre Leitfähigkeit im Vergleich zu einem festen Metallobjekt mit derselben Geometrie erheblich zu erhöhen.
(CNC-Bearbeitungskühlkörper)
(Aluminium-Extrusionskühlkörper)
(Kaltschmiede-Kühlkörper)
(Kühlrippen-Kühlkörper)
(Heatpipe-Kühlkörper)
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